Mitochondrie: Definícia, štruktúra a funkcia (s diagramom)

Eukaryotické bunky živých organizmov nepretržite uskutočňujú obrovské množstvo chemických reakcií, aby mohli žiť, rásť, množiť sa a bojovať proti chorobám.

Všetky tieto procesy vyžadujú energiu na bunkovej úrovni. Každá bunka, ktorá sa venuje ktorejkoľvek z týchto aktivít, získava energiu z mitochondrií, drobných organel, ktoré fungujú ako energetické bunky. Singulárum mitochondrií je mitochondria.

U ľudí bunky ako červené krvinky nemajú tieto malé organely, ale väčšina ostatných buniek má veľké množstvo mitochondrií. Napríklad svalových buniek môžu byť stovky alebo dokonca tisíce, aby uspokojili svoje energetické potreby.

Takmer každý živý tvor, ktorý sa pohybuje, rastie alebo si myslí, že má v pozadí mitochondrie, ktoré produkujú potrebnú chemickú energiu.

Mitochondrie sú organely viazané na membránu uzavreté dvojitou membránou.

Majú hladkú vonkajšiu membránu obklopujúcu organelu a zloženú vnútornú membránu. Záhyby vnútornej membrány sa nazývajú cristae, ktorých singulárnym menom je crista, a záhyby sú miestom, kde prebiehajú reakcie vytvárajúce mitochondriálnu energiu.

Vnútorná membrána obsahuje tekutinu nazývanú matrica, zatiaľ čo medzimembránový priestor umiestnený medzi dvoma membránami je tiež naplnený tekutinou.

Kvôli tejto relatívne jednoduchej bunkovej štruktúre majú mitochondrie iba dva samostatné prevádzkové objemy: matricu vo vnútornej membráne a medzimembránový priestor. Pri výrobe energie sa spoliehajú na prevody medzi týmito dvoma objemami.

Na zvýšenie účinnosti a maximalizáciu potenciálu tvorby energie vnútorné záhyby membrány prenikajú hlboko do matrice.

Výsledkom je, že vnútorná membrána má veľkú plochu a žiadna časť matrice nie je ďaleko od záhybu vnútornej membrány. Záhyby a veľká plocha pomáhajú pri mitochondriálnej funkcii, čím zvyšujú potenciálnu rýchlosť prenosu medzi matricou a medzimembránovým priestorom cez vnútornú membránu.

Zatiaľ čo sa jednotlivé bunky pôvodne vyvinuli bez mitochondrií alebo iných organel viazaných na membránu, zložité mnohobunkové organizmy a teplokrvné zvieratá, ako sú cicavce, získavajú energiu z bunkového dýchania na základe mitochondrií funkcie.

Vysokoenergetické funkcie, ako sú napríklad srdcové svaly alebo vtáčie krídla, majú vysoké koncentrácie mitochondrií, ktoré dodávajú potrebnú energiu.

Vďaka svojej funkcii syntézy ATP mitochondrie vo svaloch a iných bunkách produkujú telesné teplo, aby udržali teplokrvné zvieratá pri stálej teplote. Je to táto schopnosť mitochondrií koncentrovanej výroby energie, ktorá umožňuje vysokoenergetické aktivity a výrobu tepla u vyšších živočíchov.

Cyklus výroby energie v mitochondriách závisí od reťazca transportu elektrónov spolu s kyselinou citrónovou alebo Krebsovým cyklom.
Prečítajte si viac o Krebsovom cykle.

Proces štiepenia sacharidov, ako je glukóza, na tvorbu ATP sa nazýva katabolizmus. Elektróny z oxidácie glukózy prechádzajú pozdĺž chemického reakčného reťazca, ktorý zahŕňa cyklus kyseliny citrónovej.

Energia z redukčno-oxidačnej alebo redoxnej reakcie sa používa na prenos protónov z matrice, kde prebiehajú reakcie. Konečná reakcia v reťazci mitochondriálnych funkcií je taká, pri ktorej kyslík z bunkového dýchania prechádza redukciou za vzniku vody. Konečnými produktmi reakcií sú voda a ATP.

Kľúčovými enzýmami zodpovednými za produkciu mitochondriálnej energie sú nikotínamid adenín dinukleotid fosfát (NADP), nikotínamidadenín dinukleotid (NAD), adenozíndifosfát (ADP) a flavín adenín dinukleotid (FAD).

Spoločne spolupracujú na prenose protónov z molekúl vodíka v matrici cez vnútornú mitochondriálnu membránu. To vytvára chemický a elektrický potenciál cez membránu s návratom protónov do matrice prostredníctvom enzýmu ATP syntázy, čo vedie k fosforylácii a produkcii adenozíntrifosfátu (ATP).
Prečítajte si o štruktúre a funkcii ATP.

Syntéza ATP a molekuly ATP sú hlavnými nosičmi energie v bunkách a môžu ich bunky použiť na výrobu chemikálií potrebných pre živé organizmy.

•••Vedenie

Okrem toho, že sú producentmi energie, môžu mitochondrie pomôcť pri signalizácii medzi bunkami uvoľňovaním vápnika.

Mitochondrie majú schopnosť ukladať vápnik do matrice a môžu ho uvoľňovať, keď sú prítomné určité enzýmy alebo hormóny. Výsledkom je, že bunky produkujúce také spúšťacie chemikálie môžu vidieť signál zvyšovania vápnika z uvoľňovania mitochondrií.

Celkovo sú mitochondrie životne dôležitou súčasťou živých buniek, pomáhajú pri bunkových interakciách, distribuujú zložité chemikálie a produkujú ATP, ktoré tvoria energetický základ pre celý život.

Mitochondriálna dvojitá membrána má odlišné funkcie pre vnútornú a vonkajšiu membránu a dve membrány a sú tvorené rôznymi látkami.

Vonkajšia mitochondriálna membrána obklopuje tekutinu medzimembránového priestoru, musí však umožňovať, aby cez ňu prechádzali mitochondrie. Molekuly na akumuláciu energie produkované mitochondriami musia byť schopné opustiť organelu a dodávať energiu zvyšku bunky.

Na umožnenie takýchto prenosov je vonkajšia membrána tvorená fosfolipidmi a tzv poriny ktoré zanechávajú na povrchu membrány drobné otvory alebo póry.

Medzimembránový priestor obsahuje tekutinu, ktorá má podobné zloženie ako cytosol, ktorý tvorí tekutinu okolitej bunky.

Malé molekuly, ióny, živiny a molekula ATP nesúca energiu produkovaná syntézou ATP môžu preniknúť cez vonkajšiu membránu a prechod medzi tekutinou medzimembránového priestoru a cytosol ..

Vnútorná membrána má zložitú štruktúru s enzýmami, bielkovinami a tukmi, ktorá umožňuje voľnému prechodu iba vody, oxidu uhličitého a kyslíka cez membránu.

Ostatné molekuly, vrátane veľkých proteínov, môžu preniknúť cez membránu, ale iba prostredníctvom špeciálnych transportných proteínov, ktoré obmedzujú ich priechod. Veľký povrch vnútornej membrány, ktorý je výsledkom záhybov cristae, poskytuje priestor pre všetky tieto zložité proteínové a chemické štruktúry.

Ich vysoký počet umožňuje vysokú úroveň chemickej aktivity a efektívnu výrobu energie.

Proces, ktorý sa vyrába pomocou chemických prenosov cez vnútornú membránu, sa nazýva Oxidačná fosforylácia.

Počas tohto procesu oxidácia sacharidov v mitochondriách pumpuje protóny cez vnútornú membránu z matrice do medzimembránového priestoru. Nerovnováha v protónoch spôsobuje, že protóny difundujú späť cez vnútornú membránu do matrice cez komplex enzýmov, ktorý je prekurzorovou formou ATP a nazýva sa ATP syntáza.

Tok protónov cez ATP syntázu je zase základom pre syntézu ATP a produkuje molekuly ATP, hlavný mechanizmus ukladania energie v bunkách.

Viskózna tekutina vo vnútri vnútornej membrány sa nazýva matrica.

Interaguje s vnútornou membránou pri vykonávaní hlavných funkcií mitochondrií produkujúcich energiu. Obsahuje enzýmy a chemikálie, ktoré sa zúčastňujú krebsovho cyklu na produkciu ATP z glukózy a mastných kyselín.

Matrica je miestom, kde sa nachádza mitochondriálny genóm tvorený kruhovou DNA a kde sa nachádzajú ribozómy. Prítomnosť ribozómov a DNA znamená, že mitochondrie môžu produkovať svoje vlastné proteíny a môžu sa množiť pomocou svojej vlastnej DNA bez toho, aby sa spoliehali na bunkové delenie.

Ak sa mitochondrie zdajú byť malé, úplné bunky samy osebe, je to preto, lebo to boli pravdepodobne samostatné bunky v jednom okamihu, keď sa jednotlivé bunky stále vyvíjali.

Mitochondrie podobné baktérie vstupovali do väčších buniek ako parazity a bolo im umožnené zostať, pretože usporiadanie bolo vzájomne výhodné.

Baktérie sa dokázali množiť v bezpečnom prostredí a dodávali energiu do väčšej bunky. Počas stoviek miliónov rokov sa baktérie integrovali do mnohobunkových organizmov a vyvinuli sa do dnešných mitochondrií.

Pretože sa dnes nachádzajú v živočíšnych bunkách, tvoria kľúčovú súčasť ranej ľudskej evolúcie.

Pretože mitochondrie sa množia nezávisle na základe mitochondriálneho genómu a nezúčastňujú sa na bunke delenie, nové bunky jednoducho dedia mitochondrie, ktoré sa náhodou nachádzajú v ich časti cytosolu, keď sú bunky rozdeľuje.

Táto funkcia je dôležitá pre reprodukciu vyšších organizmov vrátane človeka, pretože embryá sa vyvíjajú z oplodneného vajíčka.

Vajcová bunka od matky je veľká a obsahuje veľa mitochondrií vo svojom cytozole, zatiaľ čo oplodňujúca spermická bunka od otca takmer žiadne. Výsledkom je, že deti dedia svoje mitochondrie a mitochondriálnu DNA po matke.

Prostredníctvom svojej funkcie syntézy ATP v matrici a prostredníctvom bunkového dýchania cez dvojitú membránu mitochondrie a mitochondriálna funkcia sú kľúčovou zložkou živočíšnych buniek a prispievajú k životu tak, ako existuje možné.

Štruktúra buniek s organelami viazanými na membránu hrala dôležitú úlohu v evolúcii človeka a mitochondrie významne prispeli.